Розрахунок безтрансформаторного підсилювача низької частоти

При цьому зважаємо на наступні рекомендації:

– за потужності, що перевищує 50 мВт, треба застосовувати двотактну схему, режим якої (АВ або В), потужність транзисторів (мала, середня чи велика) визначаються з певного значення Рвих;

– високі якісні показники мають каскади, які використовують транзистори різного типу електропровідності (комплементарні пари) ;

– режим В має високій ККД (ŋ=0, 6÷0, 7), однак в цьому режимі нелінійні спотворення великі.

Виходячи із цього, перевагу належить відати безтрансформаторному каскаду підсилення на транзисторах різного типу провідності та режиму АВ.

Клас АВ має менші викривлення сигналу, ніж клас В. Живлення такого каскаду можливе від однополярного джерела. У такому випадку навантаження підмикається через конденсатор великої ємності.

Тип транзистора вихідного каскаду вибираємо за величиною максимально допустимої потужності, що розсіюється на його колекторі -Ркмакс, а також максимальному струму колектора – Ікмакс, та частотним особливостям – fh21Е:

Ркмакс ≥ (0, 25÷ 0, 3) Рвих; Ік макс ≥ (2 Рвих/Рн) 1/2; fh21E ≥ (2÷3) fв

Ркмакс ≥ (0, 25÷0, 3) *1; Ікмакс ≥ (2*1/4) 1/2; fh21E ≥ (2÷3) *20000

Ркмакс ≥ 0, 25Вт; Iкмакс ≥ 0, 7А; fh21E ≥ 40кГц

За знайденим значенням Рк, Ік макс, fh21E вибираємо з табл. транзисторі КТ816А та КТ817А вихідного каскаду. Вибираємо комплементарну пару транзисторів р-n-р і n-р-n типа з достатньо близькими по значенням параметрів та характеристикам. Напругу джерела живлення обирають за умовою:

2Uk max ≥ Ek ≥ 2 (Uнач + Um вих),

де UКмакс= 40 В -максимально допустима напруга на колекторі;

Uнач= 1, 5 В – колекторна напруга, при якому транзистор входить в режим насичення (визначається з вихідних статичних характеристик обраного транзистора) ; Umвих = Umн = (2 Рвих Rн) 1/2 – амплітуда вихідної напруги.

Um вих = Umн = (2*1*4) 1/2 = 2, 82 В;

2*40 ≥ Ek ≥ 2 (1, 5+2, 82) ;

80 В ≥ Ek ≥ 8, 64 В;

Ek = 15 B;

 

 

На основі структурної схеми, складаємо орієнтовну принципову схему ПНЧ, що наведена на рис. 1. У цій схемі каскади попереднього підсилення виконано на транзисторах VT1- VT3, а кінцевий безтрансформаторний каскад підсилення побудоване на транзисторах різного типу провідності -VT4, VT5. Транзистор VT5 повинен мати такі ж параметри, як і VT4, але бути протилежного типу провідності. Кожен з транзисторів разом з навантаженням тут утворює схему з СК. Характерна особливість такої схеми – для неї не потрібен фазоінверсний каскад.

Для забезпечення живлення кінцевого каскаду від однополярного джерела, його підмикання до передкінцевого каскаду і до навантаження здійснюється через конденсатори С8, С10. Резистор R9 є регулятором рівня вихідного сигналу. Конденсатор С11 – фільтр напруги живлення каскадів попереднього підсилення. Величина опору резистора R14 зазвичай складає декілька десятків Ом.

Кінцевий каскад працює в режимі класу АВ, що визначається подачею у режимі спокою на базу транзистора VT4 напруги зміщення (+UR16/2), а на базу транзистора VT5 напруги зміщення (+UR16/2). Величина опору резистора R16 набагато менша за опір резисторів R15 і R17 (падіння напруги на ньому становить близько 1, 5 В), тому напруга зміщення ±Ur16/2 визначається струмом дільника Ід ≈ EK/ (R15+R17) та її можна вважати рівною Iд r16/2. Невелике значення напруги зміщення (0, 6 – 0, 7) В, визначає незначний (десятки міліампер) наскрізний струм транзисторів VT4 і VT5. Струм у навантаженні при цьому відсутній. Оскільки величина опору R16 незначна, можна вважати, що за змінним струмом бази транзисторів VT4 і VT5 з'єднані.

Для забезпечення кращої температурної стабільності кінцевого каскаду замість резистора R16 застосовують діод. Тоді, зі змінами температури транзисторів (що викликає зміну контактної різниці потенціалів база-емітер) будуть пропорційно змінюватись і напруги зміщення транзисторів. Для попереднього підсилення використовують підсилювачі з СЕ. У якості активного елемента застосуємо малопотужний транзистор n-р-n типу.

Рис. 1 Принципова схема ПНЧ

 

 

Схема кінцевого каскаду підсилення на комплементарних парах транзисторів, наведена на Рис. 2. Спочатку всі параметри обраного транзистора необхідно виписати у виді таблиці, а потім привести його вхідну та вихідну характеристики у масштабі, достатньому для точних графічних побудов.

Рис. 2. Схема кінцевого каскаду підсилення на комплементарних парах

транзисторів

Порядок розрахунку:

1. Розрахунок починають з побудови на сім'ї вихідних статичних характеристик транзистора лінії навантаження, яка проходить через дві точки UKE = Ek/2 та IK=EK/2Rн.

UKE=15/2 = 7, 5 В \

IK=15/ (2*4) = 1, 875 А

2. Будують трикутник потужності зі сторонами Umн, ІКн та оцінюють можливість отримання заданою потужності – Рвих= 0, 5 Umн ІКн.

 Графік №1

Рвих=0, 5*4, 5*1, 15 = 2, 5875 Вт,

Де за графіком №1 Umн = 4,